G . W . W H I T E , M . Sc., B . A. (C am bridge)
D e bedoeling van dit artikel is het geven van een beschrij ving van de ontw ikkeling en constructie van moderne lam pzenders, alsm ede een overzicht van eenige proeven en experim enten, die to t doel hadden om na te gaan in hoeverre het mogelijk w as de bediening van dergelijke zenders te vereenvoudigen, zonder daarbij in on toelaatbare m ate het nuttig effect te verkleinen.
D e ontw ikkeling van speciale zendlam pen d ateert v an af onge veer 1913. G edurende de daaropvolgende vijf jaren w aren de gebruikte schakelingen alle zeer eenvoudig; eigenlijk w erden lam pzenders alleen in den oorlog bij leger, vloot en luchtm acht gebruikt. D e antenne w erd afgestem d door middel van een aftak b are spoel en variom eter. Een terugkoppelspoel (dikw ijls afgestem d) w erd met de antennespoel gekoppeld en de output van de lam p w erd geregeld door een anode-aftakking op de spoel. D eze aftakkingen w erden m eestentijds bediend door stekers. V liegtuig- en lan dstation s hadden dikw ijls een v a st gestelde anode-aftakking op een spoel, en eenige golflengte- aftakkingen. D e preciese golf w erd verkregen door de antenne- lengte te varieeren.
O ngeveer in 1918 begonnen fabrieken de constructie van lam pzenders ter hand te nemen, doch gedurende langen tijd bleven de zenders even eenvoudig van uitvoering, terw ijl directe antennekoppeling w erd toegepast, w aarbij steed s stekers w erden gebruikt voor de spoelaftakkingen.
Teneinde geen lastige p arasitaire effecten te introduceeren, hadden de minimum- en maximum-golven van een zender zelden een verhouding grooter dan 1 : 3 , In het algem een bestond
18
de installatie uit een paneel, w aarach ter lam pen, gloeidraad- transform atoren, gelijkrichters, een afvlak sy steem , enz. w aren opgesteld. H iern aast w erd de afstem spoel en de d raaib are roosterspoel gep laatst. D e verbindingen bestonden uit soepele snoeren.
D e volgende stap w as de overgang op den tusschenkring, die als voordeelen biedt het uitzeven van harm onischen en een ge m akkelijker instelling van golflengte. D e terugkoppeling w erd in het algem een verkregen door een spoel, d ra a ib a a r in de tusschenkringspoel, en een variabele an ode-aftakking w as op deze spoel aanw ezig. Somm ige fabrieken m onteerden het ge- heele spoelensysteem in een k ast, terw ijl dan de verschillende knoppen en aftakkingen bediend w erden v an af een fron tp laat.
Steed s verrichtte één schakelhandle slechts één functie, zooals I
Figuu r 1
antenne-altakking, anodekoppeling, roosterkoppeling, enz. N o o it w erd getrach t deze functies te combineeren.
Fig. 1 toont een typischen tusschenkringzender van ongeveer drie ja a r geleden met 2 K .W . antenne-energie, w erkende op 6000 V o lt anodespanning. Teneinde m axim ale antenne-energie te verkrijgen op elke golf tusschen d00 en ongeveer 1200 M eter zijn ap arte instellingen noodzakelijk voor tusschenkring-zelfm ductie, tusschenkring-capaciteit, anodekoppeling, roosterkoppeling, an- tenne-koppelm g, antenne-zellmductie ee antenneverkortingscon- densator.
Ken van de moeilijkheden, die men bij tusschenkringzenders ontmoet, is de limiet van de energie-overdracht n aar de antenne ten gevolge van de onstabiliteit bij sterke koppeling.
D e uitgezonden goll heeft de neiging gedurende de instelling of gedurende het seinen van de eene koppelgolf n aar de ander
19
over te springen (z.g. „Ziehen ). In den afgebeelden zender is dit b ezw aar op een eenvoudige m anier ondervangen. D e rooster- terugkoppelspoel d raa it binnen een spoel B , w elke deel uit m aakt van den tusschenkring. Buiten deze spoel B d raait de antenne-koppelspoel C . Tengevolge van het feit, d at het fa se verschil tusschen de tw ee koppelgolven 180° is, zal bij sterk er m aken van de antenne-koppeling B C de fase in de terug- koppelspoel zoodanig zijn, d at de lan gste koppelgolf dom ineert en de kortere onderdrukt w ordt, w aard o o r het mogelijk is een v astere en toch stabiele koppeling toe te passen .
O m in dezen zender het optreden van p arasitaire trillingen tengevolge van het sam envallen van de eigen golf van den roosterkring met een mogelijke trilling in de anodeketen te voor komen, is het ook mogelijk de zelfmductie in den roosterketen te varieeren. M en zal inzien, d at het noodig is, tien variabelen te bedienen om voor een b epaalde golf een goede output te
verkrijgen. Benige van deze variabelen zouden w eggelaten kunnen w orden, doch men krijgt dan de mogelijkheid van slecht nuttig effect op b ep aald e golflengten of p arasitaire korte golf- trillingen bij andere instellingen.
Een belangrijke vereenvoudiging in de bediening verkrijgt men door gebruik te maken van een schakeling als aangegeven in lig. 2 (ofschoon hier niet bedoeld is, d at ter verkrijging van deze vereenvoudiging deze speciale schakeling noodig is).
In dit schem a blijft de anode steeds verbonden met de top van den tusschenkringspoel en de benoodigde terugkoppeling w ordt verkregen door een vaót klein gedeelte van deze spoel. H et golfbereik w ordt verkregen door een variabele luchtcondensator. In een dergelijke opstelling is het practisch uitgesloten, d at de eigen golf van den roosterkring sam envalt met een trillings- mogelijkheid in de anodeketen. M et de tusschenkringspoel w ordt de antennespoel gekoppeld, hiermede in serie is de
20
antennevariom eter geschakeld. D e zelfinductie van den tusschen- kring moet met de noodige zorg gekozen w orden in verband met het verlangde golflengtebereik en de demping moet gering zijn vergeleken met de antennedem ping, teneinde goede energie- overdracht te verkrijgen. H et blijkt dan, d at een zender ge construeerd kan w orden met een golflengtebereik van onge veer 1 : 2,5, die steed s een goed rendem ent heeft. Een van de groote voordeelen is, d at al de effecten, die oorspronkelijk te voorschijn w erden geroepen door het veranderen van de anode-koppeling nu verkregen kunnen w orden door het sterk er maken van de antenne-koppeling, tengevolge w aarv an een kleinere tusschenkringstroom optreedt en een daarm ede ge p aa rd gaande verkleining van de geleverde tegenspanning op de anode.
Een dergelijk systeem w are b.v. toe te p assen bij een een- voudigen vliegtuigzender met een bereik van 200 — 500 M eter. D e tusschenkring kan geijkt w orden in golflengten, zoodat men niets anders te doen heeft, dan den tusschenkringcondensator op de gew enschte golf te zetten, a f te stemmen op m axim ale antennestroom met tam elijk losse koppeling en deze vervolgens v aste r te m aken voor m axim ale output.
Teneinde het golflengtebereik te vergrooten is het slechts noodig een sch ak elaar aan te brengen, die v aste condensatoren (van lage H . F. w eerstan d) p arallel schakelt aan den variabelen condensator en een tw eede sch akelaar, die antenne-zelfinductie bijschakelt. Indien het gew enscht is om een groot golflengte bereik te krijgen op een vaste antenne, kan het noodig zijn om nóg een sch ak elaar aan te brengen, die gedeelten van een verlengspoel bijschakelt. Een dergelijke schakeling zou gebruikt kunnen w orden voor een m ilitairstation met een golflengtebereik van 400 — 1600 M eter op een v aste antenne.
T o t nu toe zijn schakelingen beschreven, w aarbij één handle slechts één functie had, zooals het varieeren van een anode- aftakkin g of een antenne-zelfinductie. D e moderne ontwikkeling van zenders echter brengt steed s meer het combineeren van diverse schakelveranderingen op één handle. (U itgezonderd in bijzondere gevallen b.v. station s voor één golflengte, w aarbij gem akkelijke bediening niet van overw egend belang is). M e t andere w oorden: men sp litst het golflengtebereik in m eerdere kleine bereiken en la a t het handle, d at de golflengte bepaalt, gelijktijdig andere sch ak elaars bedienen, die autom atisch in het circuit de beste terugkoppeling, anode-koppeling enz. voor d at
21
golflengtegebied instellen. H et is mogelijk gebleken op deze wijze zes en meer variabelen tegelijk te bedienen.
Een eenvoudig voorbeeld is de schakeling, afgebeeld in fig. 3 die zou kunnen dienen voor het ontw erp van een eenvoudige telefoniezender voor 5 golflengten, zóó eenvoudig, d at niet de geringste vooropleiding noodig is om een dergelijken zender te bedienen. Een vaste antenne w ordt gebruikt. Eén knop be dient drie sch akelaars, aangebracht voor antenneafstem m ing, anode-koppeling en terugkoppeling. D e zelfinducties zouden spiraalvorm ig gem aakt kunnen w orden van bandkoper, en voor zien w orden van vijftien aftakkingen, die ééns door de monteurs w orden ingesteld, teneinde den zender aan de antenne aan te passen en voor de vijf golflengten de m axim aal toelaatb are koppeling in te stellen. AVanneer dit eenm aal geschied is, heeft
♦ H.S
V
Figuur 3
men niets anders te doen dan een sch akelaar op de betreffende golflengtetoestand te zetten, w aarn a de energie ingeschakeld w ordt.
D it principe van m ultiple-schakelaars is nu gebleken absoluut noodzakelijk te zijn bij de moderne zenders, tengevolge van de min of meer ingewikkelde toegepaste schakelingen, en een opstelling zal nu beschreven worden, die geacht kan w orden een goed voorbeeld te zijn van de vereenvoudigde bediening.
Een b ru ik b aar golflengtegebied is b.v. 4 0 0 —2400 M eter voor commercieele zenders van + 3 K .W . antenne-energie. D e moderne zender w ekt de vereischte frequentie op in een onaf- hankelijken stuurkring en de energie w ordt v ersterk t in andere lampen. D e voordeelen — n.1. beter nuttig effect en een meer konstante golf bij modulatie en antenne-capaciteitvariaties —
22
zijn bekend. H et is verder ook gew enscht een tusschenkring te hebben, teneinde het uitzenden van harmonischen tegen te gaan en de hoofdlam pen te beschermen tegen overbelasting als de antenne buiten afstem m ing geraakt.
Tengevolge van deze eischen moet men aan bepaalde voor w aarden voldoen.
Ten eerste m aakt de gekoppelde antennekring een betrekkelijk lage demping v aa den tusschenkring noodzakelijk, teneinde een goede energie overdracht te krijgen. H ieruit volgt, d at er een sterke neiging voor zelfoscilleeren van de versterkerlam pen ten gevolge van de anoderooster-capaciteit zal zijn. D eze
capaci-VARIO. KORT. VER L. METERS COMO. SPOEL
Figuur 4
teiten zullen zeker geneutraliseerd moeten w orden.
Ten tw eede zullen de afm etingen van de spoelen noodzakelijker wijze groot moeten zijn, w il de w eerstand laag blijven, en men dient de noodige voorzorgen in acht te nemen, teneinde m agne tische koppeling tegen te gaan.
Ten laatste is het van groot belang, d at de gekozen schakeling dusdanig zij, d at niet alleen voldaan w ordt aan de bovenge noemde electrische eischen, m aar d at het ook mogelijk is, een dergelijke zender ge makke tijk en bed rij Jazeker te bouwen en een ge-niakkelijke bediening te verkrijgen.
23
aangenom en w erd om deze experim enten door te voeren. Ten eerste is het duidelijk, d at indien tw ee circuits electrisch van elk aar afgescherm d moesten w orden, het slechts noodzakelijk is om één van de tw ee in een afgescherm de koperen kist te plaatsen. H iervoor w erd de stuurkring gekozen, om dat verliezen tenge volge van de afscherm ing hier niet zoo belangrijk zijn. Integen deel kan men aannemen, d at deze verliezen gevoegd bij de variabele verliezen in den roosterketen van de hoofdlam pen er het hunne toe bijdroegen om de golflengte constant te houden. D e stuurkring bestond uit tw ee ap arte astatisch gewonden spoelen. D it had het voordeel, d at het uitw endige veld klein w as, hetgeen van belang is ingeval de afscherm ing onvolkomen is. H et midden van de spoelen w as aan den gloeidraad ver bonden. D e anode-aftakking w as op één spoel, de rooster- aftakkin g voor genereeren op de andere spoel aangebracht. Bovendien w erd langs elke spoel sym etrisch een contact verzet, w aarv an één diende voor de excitatie van het rooster van de versterkerlam pen, terw ijl het andere voor neutraliseeren dienst doet. Bovendien w aren tw ee contacten aanw ezig, teneinde de totale zelfinductie in het circuit te kunnen wijzigen.
D e spoellicham en w erden dusdanig geconstrueerd en m echa nisch gekoppeld, d at het mogelijk w as, beide tegelijkertijd te varieeren, teneinde de benoodigde continue golflengte-variatie tusschen de golflengte-trappen te verkrijgen. Een stel mica- condensatoren zorgt voor een bruikbare verhouding tusschen zelfinductie en capaciteit. A l de zeven sch ak elaars, die de be noodigde veranderingen in den stuurkring geven, w aren vereenigd op één as, zoodat het mogelijk w as met één handle het ver- eischte golflengtegebied in te stellen en tegelijkertijd de bijbe- hoorende w aarden van zelfinductie, capaciteit, roosterspanning, spanning voor de neutrodyne enz. in te schakelen. O v er het gebied van den variom eter w aren al deze w aarden vrijw el die, w elke overeenkw am en met het beste nuttig effect. L a te r bleek het, d at de an odesch ak elaar w eggelaten kon w orden, w aarbij dus de anode steeds aan de top van de spoelen verbonden blijft. D e tusschenkrm g bestond uit een variom eter gewonden van L itzed raad , een stel goede m ica-condensatoren en een koppel spoel eveneens van Litze-draad, zoodat het geheele circuit een zeer lage H . F. w eerstand bezat. D e w aarden van deze capaciteiten w aren zoodanig met de zelfm ductie-variatie van den variom eter gekozen, d at de golflengte-variatie van elke trap ongeveer gelijk w as aan de variatie in de overeenkom stige trap
24
van den stuurkring. H ierdoor w erd het mogelijk, de golflengte- sch ak elaars van tusschenkring en stuurkring te koppelen, zoodat één handle alle hoofdinstellingen verrichtte, zoow el voor den stuurkring als voor den tusschenkring.
G roote vereenvoudigingen w erden in het antennecircuit ge m aakt, teneinde het aan tal bedieningshandles ook hier te redu- ceeren tot een minimum. V o o r een groot golflengtegebied op een v aste antenne doen zich altijd zekere moeilijkheden voor. M eestal moet een verkortingscon den sator w orden ingeschakeld voor de kortere golven. Bovendien heeft een variom eter met een minimum en een zelhnductie-variatie b ru ik b aar voor de kortere golven practisch een zeer klein effect op de lange golven, zoodat een groot aan tal aftakkingen op de antenneverlengspoel in dit geval noodzakelijk zou zijn. D e bediening en het aan tal instellingen w erden vereenvoudigd door gebruik te maken van tw ee variom eters op één as. O p de k ortste golven kon één variom eter w orden kortgesloten. H e t kortsluiten van deze variom eter en ook d at van een kleine verlengspoel gebeurde door middel van een kleine sch akelaar. E en groote verlengspoel w as aangebracht. D e aftakkingen hiervan w erden ingeschakeld door een grootere sch akelaar, die ook autom atisch als dood- ein dsch akelaar fungeerde. D e groote sch ak elaar w as dusdanig mechanisch met de kleinere gekoppeld, d at de kleine drie functies verrichtte tegen één functie van de groote sch akelaar. Bovendien w erd in den eersten stan d van de groote sch ak elaar een antenne- verkortingscondensator ingeschakeld en een variom eter
kort-O p deze m anier w as door middel van één grove en één fijne instelling een continue soepele antenne-afstem m ing mogelijk.
D e im pedantie van den tusschenkring w as zoo groot, d at op alle golflengten bij niet gekoppelde antenne de tegenspanning practisch alle input in de groote lam pen onmogelijk m aakte. Bij afstem m ing van de antenne en vergrooting van de antenne- koppehng kon een nuttige anode-input van 4,2 K .W . w orden verkregen bij een anodespanning van ongeveer 8000 V olt.
D e bediening van een dergelijken zender is zeer eenvoudig, om dat practisch slechts één m eter w ord t gebruikt, n.1. de anode- stroom m eter van de versterkerlam pen. D e grof- en fijninstelling voor de stuurkringgolflengte (deze kan w orden gecalibreerd) w orden eerst ingesteld. T erzelfdertijd is nu de tusschenkring op het overeenkom stige golflengtegebied gebracht. Een lage anodespanning w ordt nu op den zender geschakeld. D e
stuur-25
lam p oscilleert en er is anodestroom in de versterkerlam pen. D eze w ordt op minimum teruggebracht door instelling van den tusschenkringvariom eter. Bij afstem m ing van de antenne zal deze anodestroom w eer toenemen, w aarbij de input op de ver sterkerlam pen bep aald w ordt door de anodekoppeling.
Indien een dergelijke geneutraliseerde opstelling met drie kringen w as gem aakt volgens de vroegere principes zouden hier tenm inste 18 variabelen voor noodig zijn. H et beschreven systeem gebruikte er zes en voor het golflengtebereik 1 : 8 is het practisch onmogelijk om dit aan tal nog verder te verminderen. D e stuur- kring sch ak elaar heeft 8 en de an tenneschakelaar 18 standen.
Figuur 5
H et vinden van de beste w aarden van de 18 aftakkingen op de stuurkringspoelen is tam elijk lastig en geschiedt m eest experim enteel d a a r al de instellingen elk aar beïnvloeden. B.v. de terugkoppeling van den stuurlam p hangt a f van de belasting (w elke hoofdzakelijk door de roosterstroom van de versterk er lam pen w ordt gevorm d), deze hangt w eer a f van de instellingen en den tusschenkring, antennew eerstand, antennekoppeling, enz.
N iettegen staan d e het min of meer ingew ikkelde schem a en de toegepaste vereenvoudigingen in de bediening blijven output en nuttig effect zeer constant over het geheel golflengtegebied. D it is voor een aan tal golven in hg. 5 te zien. D eze krommen gelden voor een gem iddelde antenne van ongeveer 800 c.M . capaciteit. Bij elke golflengte w as de instelling zoodanig, d at
26
de output m axim aal w as voor een anodespanning van 8000 V o lt. D e stuurlam p en de beide versterkerlam pen w aren van het Philips type T .A . 10/1250.
D eze opstelling w as uitgew erkt voor een antenne-energie van 3 K .W .
D it artikel beoogt uitsluitend een overzicht te geven van de vereenvoudiging in de bediening van het H .F . gedeelte van zenders. H et is misschien niet overbodig er hier op te wijzen, d at ook het geheele laagfrequente bedieningsgedeelte van deze opstelling zoodanig uitgew erkt w erd, d at hier een overeen kom stige vereenvoudiging w erd bereikt, en wel door het gebruik maken van relais. O ngedem pte telegrafie w erd bew erkstelligd door een onderbreking in de roosterketen s van de versterk
er-Figuu r 6a
lam pen; telefonie geschiedde door anodem odulatie van deze zelfde lampen, terw ijl toonzenden (z.g. gedem pt-orgedem pt) ge schiedde door het uitschakelen van het afv lak sy steem van de
%
8000 V o lt van de lam pgelijkrichters. M et behulp van een een- voudigen telefoon sch akelaar met drie standen, w elke gem onteerd w as op de bedieningstafel, kon men de in stallatie volgens elk der drie genoemde system en, — n.1. ongedem pt, telefonie, toon zenden, — laten w erken. Een andere telefoon sch akelaar met 2 standen schakelde de geheele bediening over op z.g. „a fsta n d s bediening” (afstan d ± 1 K .M .). Teneinde geen gecom pliceerde com pensatieschakelingen toe te p assen geschiedde de voeding van gloeidraden en hoogspanning door tw ee ap arte w isselstroom machines. D e neutrodyne-condensator kon perm anent ingesteld blijven voor het geheele golflengtegebied.
Indien wij van dit multiple schakelsysteem gebruik m aken
I
27
voor opstellingen met een kleiner golfbereik zouden nog meer vereenvoudigingen kunnen w orden aangebracht, zelfs met het drie-kringen-stuurlam p-systeem . In de opstelling, die nu be schreven zal w orden, w erd een proef genomen met een schake ling, w aarbij gebruik gem aakt w erd van de z.g. Franklin-brug- schakeling met neutralisatie. H e t schijnt, d at dit het beste stuurlam ps3rsteem is, aangezien niet alleen effecten ten gevolge van anode-roostercapaciteiten w orden teniet gedaan, m aar ook zullen rooster-gloeidraad- en plaat-gloeidraad-capaciteiten niet tengevolge hebben, d at in de brugschakeling een onsym etrie optreedt. H et principe is w eergegeven in fig. 6a en de daarm ede overeenkom ende brugschakeling in fig. 6b. D e H .F . schakeling van deze opstelling is gegeven in fig. 7. G ebruik w erd
ge-Figuur 7
m aak t van 1 Philips T .A . 3/500 lam p als stuurlam p en 2 T.A . 3/500 lam pen als versterk ers. H et doel w as een opstelling, die + 600 W a tt antenne-energie zou geven op golven van 350—900 M eter, w aarbij de hoogspanning geleverd w erd door een 2500 V o lts machine. Om een sym etrische output van den stuurlam p te verkrijgen, bestond de stuurkring uit 2 gelijke variom eters en een variabele condensator, allen gekoppeld op een handle. D e relatieve zelfinductie- en cap aciteitsw aard en w aren dusdanig gekozen, d at met v aste anode- en roosteraftakkin gen voor de stu u r